I-5-2-2-2 Techniques de production de l'éthanol
1- Estérification de l'éthylène par
l'acide sulfurique
C'est la première méthode de production de
l'éthanol par synthèse. C'est aussi un ancien
procédé de production de l'éthanol qui consistait à
une réaction d'estérification de l'éthylène (C2H4)
par l'acide sulfurique (H2SO4) et une réaction d'hydrolyse. Ces
réactions sont les suivantes :
> CH2 = CH2 + H2SO4 CH3 - CH2 - O -
SO3H
> CH3 - CH2 - O-SO3 H + H2O CH3 - CH2OH +
H2SO4
Critiques
Cette méthode a été abandonnée du
fait de la corrosion des appareillages provoquée par l'acide sulfurique
et aussi par la production non négligeable de diéthyléther
comme sous produit. ROBERT [11].
2- Méthode par hydratation de
l'éthylène
C'est le deuxième procédé de production
de l'éthanol par synthèse. celui-ci consiste essentiellement
à l'addition de l'eau sur l'éthylène en présence
d'un catalyseur constitué d'acide orthophosphorique, portée
à la température comprise entre 270 et 280 °C
sous une pression de l'ordre de 70 bar. L'éthylène utilisé
ici provient généralement des gaz de craquages des produits
pétroliers. L'équation théorique de production se
résume en ces termes :
CH2 = CH2 + H2O catalyseur CH3 - CH2OH
« Essai d'élaboration et analyse
chimico-calorifique d'un biocarburant à base de manioc
»
Mémoire DIPET II - ENSET de Douala
2007
Cette réaction est très exothermique et
s'effectue avec diminution de volume. La température
élevée à laquelle on opère est nécessaire
pour obtenir une vitesse d'hydratation suffisante. Le passage de
l'éthanol hydraté à l'éthanol anhydre se fait par
distillation azéotropique en présence de benzène
ROBERTS [12].
> Critiques
Ce procédé donne le meilleur rendement par rapport
à tous les autres, mais il reste classé parmi ceux qui
présentent le plus de risques pour l'environnement.
3- Méthode par hydrolyse enzymatique de la
biomasse lignocellulosique
C'est la voie biologique de production du bioéthanol
encore appelé écoéthanol. Cette
méthode a longtemps été limitée pour des raisons
d'ordres techniques. Comment transformer en sucre les résidus d'une tige
de maïs ou de manioc par exemple qui sont en général
impropre à la consommation et souvent considérés comme
déchet.
Cette technique consiste à produire l'éthanol
à partir de « la biomasse lignocellulosique » (bois ;
herbe séchée ; tiges de plantes séchées ;
résidus de cuisine séchés...). En effet, la matière
vivante est essentiellement composée de
cellulose,
d'hémicellulose et de lignine (la lignine
effectue la liaison entre les faisceaux de cellulose et confère à
la plante sa structure particulière, elle n'est pas convertie en
éthanol).
La figure 1-5 nous montre une vue synoptique
de la structure de la biomasse lignocellulosique. Grâce à une
réaction d'hydrolyse, la cellulose et l'hémicellulose donne des
monosaccharides qui sont ensuite convertis en éthanol par fermentation.
L'éthanol y résultant est alors récupéré par
distillation. Les équations théoriques de production sont
résumées de manière suivante :
A titre d'exemple, si un hectare de canne à sucre
produit environ 25 tonnes de sucre simple et 8 tonnes de molasse
(résidus constitués de tiges pressées et de feuille), il
produit 50 à 60 tonnes de biomasse non comestible mais cependant
potentiellement convertible en éthanol.
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chimico-calorifique d'un biocarburant à base de manioc
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Figure 1-5 : structure de la biomasse
lignocellulosique [12] > Critiques
Bien que cette méthode présente quelques avantages
tels que :
- Disponibilité de la matière première et
à très bon coilt ;
- Matière première pas concurrente avec
l'alimentation humaine ;
Il subsiste quant même des inconvénients tels que
:
- Complexité accrue des méthodes de transformation
en alcool rendant le transfert des technologies difficiles;
- Certaines étapes doivent encore être
corrigées pour rester conforme aux normes environnementales ;
- Exige une technologie de pointe pas du tout accessible
à tous.
> Méthode par fermentation
Historiquement, l'éthanol a été obtenu
par fermentation directe de sucre naturel. La fermentation de vin ou de
bière est attestée dans l'empire Babylonien, dès 3000 av.
J.-C. Les premières obtentions pures sont attribuées aux
alchimistes perses qui développèrent l'art de la
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distillation au VIIIè et IXè
siècle de l'ère chrétienne. Ce procédé
originel demeure la base des méthodes actuelles.
a. Cas des plantes sucrières
En effet, la fermentation des plantes sucrières tels que :
betteraves; canne à sucre.. transforme le saccharose en glucose suivant
l'équation :
C6 H12O6 levure 2C2 H5 OH + 2CO2
La zymase intervient ensuite pour transformer le glucose et la
lévulose en alcool suivant l'équation (cas du glucose) :
C6 H12 O6 2C2 H5 OH + 2CO2
Cet éthanol sera récupéré par
distillation factionnée. b. Cas des plantes
amylacées
L'hydrolyse des plantes amylacées (manioc, patate,..)
ou des plantes céréalières (maïs, blé,..),
conduit au glucose que l'on fait ensuite fermenté en présence de
la levure de bière. La distillation permet de recueillir de l'alcool
éthylique sous forme de flegme, qui sera ensuite rectifié par
distillation fractionnée. On obtiendra ainsi de l'éthanol
hydraté (95% vol). Cf. figure1-6 Le passage à
l'alcool anhydre (96% - 100% vol) se fait par distillation fractionnée
en présence de benzène.
Figure 1.6 : Principe d'élaboration du
bioéthanol [27]
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> Critiques
Cette méthode offre plusieurs avantages tels que :
- Technologie simple et facilement transférable ;
- Ne nécessite pas une énergie intermédiaire
importante ;
- Produit des sous-produits utiles pour l'élevage et
l'agriculture.
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